В 1860 году Джозеф Суон изобрел прототип лампы накаливания — полувакуумную лампу с угольной проволокой. Для освещения темной ночи в качестве светящегося тела электрического света появилось углеродное волокно.
Раннее углеродное волокно было не заметно, оно изготавливалось из натуральных волокон, с небольшой структурной прочностью, качество нити из него было плохим, легко ломалось при использовании, а его долговечность была далека от идеала, и его быстро заменили вольфрамовой нитью. В результате исследования углеродного волокна вошли в период покоя.
В 1950-х годах спрос на высокотемпературные, коррозионно-стойкие и высокопрочные материалы в аэрокосмическом секторе возрос, и люди снова обратили свои надежды на карбиды. После серии исследований материал с температурой плавления 3600 ℃ был в конечном итоге найден и официально назван «Углеродным волокном».
Лучшие свойства углеродного волокна - это легкость, высокая прочность, высокая удельная прочность и удельный модуль, его плотность составляет менее 1/4 стали, его прочность на растяжение примерно в 10 раз больше, чем у железа, растяжение, чем модуль упругости примерно в 7 раз больше, чем у железа. Кроме того, углеродное волокно обладает рядом превосходных характеристик, таких как неутомляемость, не ржавеет, химическая стабильность и хорошая термическая стабильность.
В области авиационных двигателей углеродное волокно в основном комбинируется со смолой, металлом, керамикой и другими субстратами в форме армированной основы, и эта комбинация называется композитами, армированными углеродным волокном (CFRP). Она хорошо работает с точки зрения снижения веса и эффективности, снижения шума и выбросов, повышения прочности материала и экономии топлива.
Композиты также постепенно используются в высокотемпературных компонентах авиационных двигателей, таких как катетер переменного перепускного клапана (VBV) GEnx, изготовленный из армированного углеродным волокном двойного малеинового амида (BMI), весом всего 3,6 кг на катетер. Сопло смешанного потока (MFN) на российском двигателе SaM146 также использует детали BMI, армированные углеродным волокном, которые примерно на 20 килограммов легче металла.
В будущем, с дальнейшим повышением прочности и ударной вязкости композитов на основе углеродного волокна, применение композитов на основе углеродного волокна в авиадвигателях станет популярным: улучшение процесса формирования термоусадочного пластика CFRTP, улучшение процесса формирования углеродных композитов CFRC из углерод/углерода, улучшение процесса формирования металла CFRM, улучшение процесса формирования резины CFRR... В любом случае композиты на основе углеродного волокна станут важнейшим материалом для будущих высокопроизводительных авиадвигателей.
Время публикации: 09-04-2019